Une micro-usine pour stocker des données dans l’ADN

Images, vidéos, fichiers: chaque jour, nous produisons une quantité phénoménale de données numériques, encore accrue par l’essor de l’intelligence artificielle. Comment les conserver durablement, alors que les centres de données ont une capacité et une durée de vie limitées? Dans le cadre du projet européen DNAMIC (DNA Microfactory for Autonomous Archiving), une équipe de l’Université de Genève (UNIGE) et de la Haute École Spécialisée de Suisse Occidentale (HES-SO), représentée par la Haute École Arc (HE-Arc), a développé une micro-usine autonome, intégrée dans un système d’archivage, capable de stocker à distance des données numériques dans l’ADN. Encore émergente, cette technologie offre un potentiel considérable: un seul gramme d’ADN pourrait, en théorie, contenir plusieurs milliers de disques durs durant des milliers d’années.

Selon les projections, le volume de données numériques créés, capturées, copiées et consommées dans le monde atteindra 175 zettaoctets (Zo) fin 2026. L'équivalent de milliards de disques durs semblables à ceux qui équipent nos ordinateurs portables. Portée par l'essor de l’intelligence artificielle, cette «datasphère» mondiale ne cesse de croître à un rythme exponentiel.

Grâce à ses capacités de stockage exceptionnelles et à sa longévité phénoménale, l’ADN de synthèse – une molécule quasi identique à l’ADN humain – apparaît comme une solution révolutionnaire pour encoder de l’information. «En théorie, un seul gramme d’ADN pourrait contenir l’intégralité des collections numériques des plus grandes bibliothèques du monde, durant plusieurs dizaines de milliers d’années», illustre Pierre-Yves Burgi, directeur adjoint de la Division du système et des technologies de l’information et de la communication (DISTIC) de l’UNIGE.

Dans le cadre d’une collaboration réunissant l’Université de technologie de Kaunas (KTU) et l’entreprise Genomika en Lituanie, l’Université technique de Munich, l’entreprise autrichienne de biotechnologies Kilobaser et l’Imperial College à Londres, l’UNIGE et la HE-Arc ont développé DNAMIC, une micro-usine autonome capable d’encoder automatiquement des informations dans de l’ADN synthétique.

Sur le site de la HE-Arc à Saint-Imier (Berne), le dispositif a été testé en encodant une archive patrimoniale horlogère du CEJARE, le Centre jurassien d’archive et de recherche économique, à l’aide d’un outil d’archivage développé par l’UNIGE. L'installation permettra aussi sa relecture en temps voulu. «Avec cette archive, nous faisons un clin d’œil à la micro-usine originale, conçue à l'origine pour la production autonome de pièces horlogères», souligne Jérôme Charmet, professeur à la HE-Arc Ingénierie qui contribue à cette aventure scientifique au travers de la HES-SO.

Le principe du stockage ADN repose sur la même logique que le stockage informatique, mais avec un alphabet différent. Alors que les données numériques sont codées sous forme binaire, à l’aide de 0 et de 1, elles sont ici converties en système quaternaire composé des bases A, T, G et C de l’ADN. L’encodage doit cependant prendre en compte certaines spécificités chimiques de l’ADN, ce qui ajoute des contraintes supplémentaires. Le fichier numérique est ainsi transcrit dans cet «alphabet» à quatre lettres, puis synthétisé sous la forme d’un brin d’ADN. Le processus d’encodage peut prendre plusieurs heures.

Peu gourmand en énergie

«L’archive obtenue est ensuite conservée de manière durable dans de petites capsules en acier inoxydable, qui isolent l’ADN de l’oxygène, de la lumière, de l’humidité et de la chaleur», souligne Hugues Cazeaux, responsable du pôle recherche de la DISTIC de l’UNIGE. Contrairement aux supports de stockage actuels, ce mode de conservation ne nécessite pas d’apport d’énergie supplémentaire, réduisant considérablement son impact environnemental.
 
Si l’UNIGE et la HES-SO sont à l’initiative du projet, celui-ci a été piloté par l’entreprise Genomika, qui en a assuré la coordination grâce à un financement européen dans le cadre du programme Horizon Europe. De nouveaux financements sont désormais attendus afin de poursuivre les développements et de transformer le projet en start-up. L’objectif est de démocratiser cette solution qui, en raison de son coût encore élevé, devrait pour l’heure rester réservée à la conservation d’archives précieuses.